1986年電影《星際迷航 4：搶救未來》(Star Trek IV: The Voyage Home)中，麥考伊醫(yī)生(Dr. McCoy)遞給一位透析患者一顆藥丸,，她隨即長出了新的腎臟,。這正是再生醫(yī)學(xué)的終極目標(biāo),，但它始終難以實(shí)現(xiàn),。

當(dāng)疾病損害心臟或肺等關(guān)鍵器官時(shí),，醫(yī)生通常能做的最好的事不過是阻止病情惡化,。如今,，經(jīng)過三十年的反復(fù)試驗(yàn),，激活人體自身干細(xì)胞,、使其成為高級(jí)器官修復(fù)工廠的前景已觸手可及。

干細(xì)胞是制造負(fù)責(zé)組織生長和修復(fù)細(xì)胞的關(guān)鍵生物工廠,。加州拉霍亞(La Jolla, California)的非營利研究機(jī)構(gòu)斯克里普斯研究所(Scripps Research)采用了一種新方法,，利用藥物擴(kuò)增這些細(xì)胞。該技術(shù)已在實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞,、小鼠,、豬和少數(shù)人類身上使死亡組織復(fù)活。與此同時(shí),，其他科學(xué)家終于通過較傳統(tǒng)的技術(shù)取得了一些成功：在實(shí)驗(yàn)室對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行重新編程,，然后將其植入體內(nèi)以生長新組織。

如果進(jìn)展如預(yù)期,，這些方法有朝一日可能顯著提高嚴(yán)重疾病患者的存活率和生活質(zhì)量,，其中許多疾病(如骨關(guān)節(jié)炎)與衰老有關(guān)。

大多數(shù)藥物通過減緩疾病進(jìn)展發(fā)揮作用,，但這些新候選藥物旨在修復(fù)損傷,。“我們有可能在未來兩到三年內(nèi)證明,，我們可以逆轉(zhuǎn)肺損傷和心臟損傷,，” 斯克里普斯研究所首席執(zhí)行官兼總裁皮特?舒爾茨(Pete Schultz)說，“如果我們做到了,，這將從根本上改變?nèi)藗儗?duì)逆轉(zhuǎn)疾病的看法,。”

所有相關(guān)科學(xué)家都強(qiáng)調(diào),，仍需在人體中進(jìn)行測試以確認(rèn)治療的安全性和有效性,，而且任何治療可能需要十年時(shí)間才能獲得醫(yī)療批準(zhǔn),。但在再生醫(yī)學(xué)經(jīng)歷了許多次失敗的開端后，他們樂觀地認(rèn)為終于迎來了轉(zhuǎn)折點(diǎn),。

富血小板血漿注射是目前骨關(guān)節(jié)炎的治療選擇之一,。盡管這些注射可以刺激愈合，但效果因人而異,。｜國家地理圖片集

再生醫(yī)學(xué)的主要研究方向一直是從患者體內(nèi)提取干細(xì)胞,，對(duì)其進(jìn)行處理后再重新植入患者體內(nèi)。｜國家地理圖片集

促使天然干細(xì)胞發(fā)揮作用

在斯克里普斯研究所,，這一過程始于篩選數(shù)百萬潛在藥物分子,，以確定哪些分子能刺激器官的天然(或內(nèi)源性)干細(xì)胞。研究人員發(fā)現(xiàn)了可增加肺,、心臟,、關(guān)節(jié)和眼睛中健康干細(xì)胞數(shù)量的化合物。

“這種方法既有趣又有效,，” 加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院(University of California’s Keck School of Medicine)伊萊和埃德yth?布羅德再生醫(yī)學(xué)與干細(xì)胞研究中心(Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research)主任查克?默里(Chuck Murry)說,，他并未參與斯克里普斯的項(xiàng)目。默里說,，斯克里普斯的技術(shù)向《星際迷航》中的著名場景邁出了一大步,。

斯克里普斯的肺部藥物可激活下呼吸道的干細(xì)胞，即II型肺泡細(xì)胞(type 2 alveolar epithelial, AEC2 cells),，這些細(xì)胞負(fù)責(zé)制造將陳舊氧氣交換為新鮮氧氣的關(guān)鍵細(xì)胞,。在健康人中，新的氣體交換細(xì)胞會(huì)不斷替換受損細(xì)胞,，但在慢性阻塞性肺疾病,、特發(fā)性肺纖維化等疾病中，或當(dāng)肺部被野火煙霧或新冠病毒(COVID-19)等病毒感染損害時(shí),，這一過程會(huì)受阻,。

小鼠研究表明，這種每周一次的吸入藥物可刺激足夠的AEC2干細(xì)胞,，修復(fù)因肺纖維化(一種嚴(yán)重且通常致命的疾病)受損的肺部,。目前，約70名健康人的安全性測試正在進(jìn)行中,，計(jì)劃隨后納入一些肺纖維化患者,。

耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院(Yale School of Medicine)比較醫(yī)學(xué)和遺傳學(xué)助理教授毛里齊奧?喬喬利(Maurizio Chioccioli)說，使用藥物刺激肺部干細(xì)胞可能會(huì)改變游戲規(guī)則,，因?yàn)樗梢詮V泛應(yīng)用,。“你可以想象它很容易被使用,，因?yàn)槿藗兛梢晕胫苯俞槍?duì)細(xì)胞的藥物,，” 喬喬利說,。他自己通過對(duì)肺干細(xì)胞的實(shí)時(shí)成像研究發(fā)現(xiàn)，它們在修復(fù)過程中會(huì)出人意料地移動(dòng)和改變形狀,，設(shè)計(jì)治療方案時(shí)必須考慮這些過程,。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)室培育的心臟由多能干細(xì)胞制成。研究人員希望使用藥物誘導(dǎo)心臟組織在體內(nèi)再生,，而非在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng),。｜國家地理圖片集

心臟病發(fā)作后修復(fù)豬心臟

斯克里普斯的另一款藥物稍晚進(jìn)入研發(fā)階段，用于在心臟病發(fā)作后重建心肌組織,。如今,，支架和藥物可以重新打開血管并恢復(fù)血流，這一技術(shù)在近幾十年將心臟病發(fā)作的死亡率降低了一半以上,。

“我們顯著提高了存活率,，但仍有大量心肌死亡，” 杜克大學(xué)(Duke University)心臟病專家理查德?斯塔克(Richard Stack)說,，“如果我們能讓那個(gè)失去功能的區(qū)域重新開始跳動(dòng),，那我們就真正有所成就了?！?/p>

斯塔克是心血管大師聯(lián)盟(Cardiovascular Masters Consortium)的管理合伙人，這是一家由頂尖醫(yī)生組成的咨詢公司,，正與斯克里普斯合作開發(fā)該藥物,。

這種藥物是一種氫凝膠，在心臟病發(fā)作數(shù)天后注射到心肌周圍的囊中,，它會(huì)激活一種蛋白質(zhì)通路,，而這種通路在心臟達(dá)到成年大小后通常會(huì)處于休眠狀態(tài)。新激活的干細(xì)胞會(huì)生成健康細(xì)胞,，填充心臟受損區(qū)域,。

斯克里普斯稱,，該藥物在實(shí)驗(yàn)小鼠和少數(shù)豬身上有效,，盡管結(jié)果尚未發(fā)表且未經(jīng)過同行評(píng)審。一頭豬的成像顯示,，其射血分?jǐn)?shù)(衡量心臟向身體泵送富氧血液能力的關(guān)鍵指標(biāo))在心臟病發(fā)作后驟降,，但在治療一個(gè)月后恢復(fù)正常,。更多豬的測試正在進(jìn)行中，人體試驗(yàn)預(yù)計(jì)于2027年開始,。

斯塔克對(duì)早期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果“驚嘆不已”,。“在44年的從醫(yī)經(jīng)歷中,，我從未見過如此驚人的結(jié)果,，”他說,。

傳統(tǒng)技術(shù)取得成功

與此同時(shí)，默里和他在南加州大學(xué)(University of Southern California)的同事正在對(duì)成人血液干細(xì)胞進(jìn)行重新編程,，使其成為心肌細(xì)胞,，然后進(jìn)行移植。經(jīng)過數(shù)十年的斷斷續(xù)續(xù)的進(jìn)展,，這種方法終于奏效了,。“我們正在心臟中制造新的肌肉,，改善心臟功能,；科學(xué)依據(jù)就在那里，” 默里說,。

該技術(shù)已在小鼠,、大鼠、豚鼠,、非人類靈長類動(dòng)物(nonhuman primates)和豬身上進(jìn)行了測試,，人體試驗(yàn)預(yù)計(jì)于2027 年開始?！拔矣泻侠淼囊罁?jù)說,，我們已經(jīng)克服了所有主要障礙，” 默里說,。

最后一個(gè)障礙是,，在恒河猴中，新細(xì)胞在移植后的頭幾個(gè)月跳動(dòng)過快,，引發(fā)心悸,。給動(dòng)物服用調(diào)節(jié)心律的藥物，或者在植入前對(duì)細(xì)胞進(jìn)行基因編輯(gene editing),，解決了這個(gè)問題,。

在2024年7月發(fā)表的一項(xiàng)研究中，兩只猴子在心臟病發(fā)作后接受治療,，順利接受了新細(xì)胞,，沒有出現(xiàn)任何意外，它們的心臟跳動(dòng)得就像從未受過傷一樣,。

再生醫(yī)學(xué)過去和未來的障礙

與傳統(tǒng)技術(shù)一樣,，使用藥物刺激人體天然干細(xì)胞的方法也并非沒有挫折。斯克里普斯還試圖針對(duì)干細(xì)胞生成新的關(guān)節(jié)軟骨來治療骨關(guān)節(jié)炎,，但該藥物在最后階段遇到了障礙,。

未發(fā)表的研究顯示，這種藥物在動(dòng)物模型中通過誘導(dǎo)干細(xì)胞制造新的關(guān)節(jié)組織被證明是有效的,。但在早期臨床試驗(yàn)(clinical trial)中,，將藥物注射到60 人的膝蓋中并未產(chǎn)生足夠數(shù)量的軟骨,，無法產(chǎn)生有意義的效果。斯克里普斯已暫停進(jìn)一步研究,，直到開發(fā)出更持久的配方,。

諾華也在測試一種刺激軟骨再生的藥物，已成功完成了一項(xiàng)針對(duì)約24名患者的小型安全性研究,。該公司正在對(duì)更多人進(jìn)行安全性和有效性測試,，公司官員尚未對(duì)進(jìn)展發(fā)表評(píng)論。

盡管再生醫(yī)學(xué)的終點(diǎn)比以往任何時(shí)候都更近,，但新的挑戰(zhàn)可能仍會(huì)出現(xiàn),。其中之一是確保在生長所需組織和過度刺激細(xì)胞之間找到平衡點(diǎn)，過度刺激細(xì)胞可能導(dǎo)致癌癥,?！拔磥淼恼嬲魬?zhàn)是試圖弄清楚何時(shí)、何地以及多大程度上激活這些通路,，以增強(qiáng)修復(fù)而不引發(fā)意外后果,，”耶魯大學(xué)的喬喬利說。到目前為止,，科學(xué)家們對(duì)小規(guī)模安全性研究和默里的豬研究中未出現(xiàn)這一問題感到鼓舞,，后者發(fā)現(xiàn)心臟或其他器官中沒有異常細(xì)胞。

斯克里普斯研究所化學(xué)副教授邁克?博隆(Mike Bollong)說,，經(jīng)過數(shù)十年的實(shí)驗(yàn),，也許很快就有可能以一種讓患者重獲優(yōu)質(zhì)生活的方式修復(fù)受損器官?！斑@正是再生醫(yī)學(xué)的意義所在,?！?/p>